畢業(yè)設(shè)計（論文）-2100柴油機曲軸系設(shè)計

PAGE32摘要2100柴油機是我國自主進行與開發(fā)研制的新型、常規(guī)中等功率、具備節(jié)能條件的成熟型柴油機。目前，已經(jīng)大面積運用于我國的農(nóng)業(yè)工程機械，民用發(fā)電等領(lǐng)域。2100柴油機與同類機型對比，具有優(yōu)異的動力性，經(jīng)濟性和可靠性，在國內(nèi)農(nóng)用機械用戶中具有較強的優(yōu)勢，現(xiàn)在市面的2100柴油機主要在活塞連桿總成、曲軸、燃油系統(tǒng)等方面比舊式機型進行了優(yōu)化、強化設(shè)計，使發(fā)動機在動力性、經(jīng)濟性等方面有較大的提高，也實現(xiàn)了增加其運用范圍的目的。本文主要探討2100柴油機的曲軸系設(shè)計過程。內(nèi)容包括2100柴油機曲軸，皮帶輪，正時齒輪，曲軸飛輪零件圖的繪制時的參數(shù)選擇，及加工過程以及檢驗產(chǎn)品時強度校核等內(nèi)容。本文運用到了SolidWorks三維軟件制圖，本文綜合性的對曲軸飛輪組的設(shè)計問題進行了研究。關(guān)鍵詞：柴油機，曲軸，飛輪，正時齒輪SolidWorksABSTRACT2100dieselengineisChina'sownmaturedieselmodel,conventionalmediumpower,havesuchconditionsanddevelopment.Atpresent,alargeareahasbeenusedintheagriculturalengineeringmachineryinChina,civilpowerandotherfields.Comparisonof2100dieselenginewithsimilarmodels,withexcellentpowerperformance,economyandreliability,hasastrongadvantageinthedomesticagriculturalmachineryusersinthemarketnow,mainlyinthe2100dieselenginecrankshaft,pistonandrodassembly,fuelsystemoptimization,strengtheningthedesignofthantheoldmodels,sothattheenginehasalargertoimprovethepower,economyandotheraspects,alsoachievedthepurposeofincreasingitsscopeofapplication.Thispapermainlydiscussesthedesignprocessof2100dieselenginecrankshaftsystem.Including2100dieselenginecrankshaft,pulley,gear,parameterselectionofdrawingcrankshaftflywheelpartsdrawing,machiningprocessandproductinspectionandstrengthchecketc..ThispaperusestheSolidWorkssoftwarefor3Dgraphics,crankshaftflywheelgroupdesignprobleminthispaperisstudied.Keywords:dieselengine,crankshaft,flywheel,timinggearSolidWorks目錄第一章前言 1第二章整體設(shè)計 32.1工況計算 32.2參數(shù)計算…………第三章曲軸設(shè)計 103.1概述 103.2曲軸的設(shè)計步驟 123.3曲軸的結(jié)構(gòu)型式及其選擇 123.4曲軸材料選擇及毛坯制造 143.5曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計 14第四章飛輪設(shè)計與計算 204.1飛輪的作用 204.2飛輪的設(shè)計與計算 21第五章主軸承設(shè)計 245.1主軸承的工作條件 245.2材料要求 255.3軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計與主要尺寸的確定 26第六章正時齒輪組設(shè)計 245.1工作條件 245.2材料要求 255.3主要尺寸的確定 26第七章結(jié)論 27參考文獻 28致謝 29附錄 30第一章前言柴油機是柴油發(fā)動機的能量釋放。它是由德國發(fā)明家魯?shù)婪颍╮udolfdiesel柴油）在1892發(fā)明的，為了紀(jì)念發(fā)明者，柴油是柴油機用他的名字，也被稱為柴油發(fā)動機為柴油發(fā)動機。柴油發(fā)動機的優(yōu)點是功率大，經(jīng)濟性能好。有許多相同的柴油發(fā)動機的工作過程與汽油發(fā)動機，每個周期有進氣，壓縮和排氣沖程，功率，四。但由于柴油比汽油柴油的使用，其粘度，易蒸發(fā)，和燃燒溫度低，與汽油相比，所以形成可燃混合氣和點火發(fā)動機。主要的區(qū)別是，在柴油發(fā)動機混合氣缸是壓縮點火，而不是燃燒。柴油機是壓縮空氣進入氣缸，空氣中的氣缸的端，在500~700攝氏度的溫度，大氣壓力40-50?；钊咏现裹c時，高壓泵和高壓噴射柴油柴油發(fā)動機氣缸，細晶粒的形成，混合與高溫高壓空氣混合氣，柴油自燃，猛烈膨脹，產(chǎn)生動力，推動活塞下行工作。在1900-2000oc溫度，壓力高達60-100大氣壓力，功率大，因此，被廣泛應(yīng)用于柴油發(fā)動機大型柴油車輛。在節(jié)約能源和二氧化碳排放的柴油機的所有優(yōu)點，包括熱力發(fā)動機，汽油發(fā)動機是不可替代的，因此，先進的小型高速柴油發(fā)動機，其排放已達到歐III標(biāo)準(zhǔn)，“綠色引擎”，現(xiàn)在已經(jīng)成為歐洲許多新汽車的動力裝置。柴油機的特點傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機的特點：熱效率和經(jīng)濟性好，使用壓縮空氣，提高空氣溫度超過柴油發(fā)動機，柴油的自燃溫度，然后注入柴油，柴油燃料與空氣的混合和燃燒。因此，沒有柴油發(fā)動機點火系統(tǒng)。同時，柴油機的燃油噴射系統(tǒng)比較簡單，因此柴油發(fā)動機比汽油發(fā)動機的可靠性。由于受到限制，需要柴油燃燒引起的損傷，具有很高的壓縮比柴油發(fā)動機。熱效率和經(jīng)濟性優(yōu)于汽油機，同時在相同功率的情況下，柴油機的扭矩大，最大功率時的轉(zhuǎn)速低，適用于卡車。柴油機由于工作壓力大，要求各有關(guān)零件具有較高的結(jié)構(gòu)強度和剛度，所以柴油機比較笨重，體積較大；柴油機的噴油泵與噴嘴制造精度要求高，所以成本較高；另外，柴油機工作粗暴，振動噪聲大；柴油不易蒸發(fā)，冬季冷車時起動困難。由于上述特點，以前柴油發(fā)動機一般用于大、中型載重貨車上。小型高速柴油發(fā)動機的新發(fā)展：排放已經(jīng)達到歐洲III號的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)上，柴油發(fā)動機由于比較笨重，升功率指標(biāo)不如汽油機(轉(zhuǎn)速較低)，噪聲、振動較高，炭煙與顆粒(PM)排放比較嚴(yán)重，所以一直以來很少受到轎車的青睞。但隨著近年來柴油機技術(shù)的進步，特別是小型高速柴油發(fā)動機的新發(fā)展，一批先進的技術(shù)，例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術(shù)得以在小型柴油發(fā)動機上應(yīng)用，使原來柴油發(fā)動機存在的缺點得到了較好的解決，而柴油機在節(jié)能與CO2排放方面的優(yōu)勢，則是包括汽油機在內(nèi)的所有熱力發(fā)動機無法取代的，因此，先進的小型高速柴油發(fā)動機，其排放已經(jīng)達到歐洲III號的標(biāo)準(zhǔn)，成為“綠色發(fā)動機”，目前已經(jīng)成為歐美許多新轎車的動力裝置，可以預(yù)見，我國將出現(xiàn)越來越多的柴油轎車。柴油機與汽油機的區(qū)別汽油發(fā)動機一般將汽油噴入進氣管同空氣混合成為可燃混合氣再進入汽缸，經(jīng)火花塞點火燃燒膨脹作功。人們通常稱它為點燃式發(fā)動機。而柴油機一般是通過噴油泵和噴油咀將柴油直接噴入發(fā)動機氣缸，和在氣缸內(nèi)經(jīng)壓縮后的空氣均勻混合，在高溫、高壓下自燃，推動活塞作功。人們把這種發(fā)動機通常稱之為壓燃式發(fā)動機。一個高速汽油發(fā)動機（汽油車發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以高達5000到6000轉(zhuǎn)，車的汽油發(fā)動機高達4000轉(zhuǎn)）重量輕，工作時噪音小，起動容易制造和維修，成本低，因而被廣泛應(yīng)用于汽車和小型貨車，和軍用越野車。缺點是高油耗，燃油經(jīng)濟性差。柴油車由于高壓縮比，平均油耗為30%低于汽油車，所以燃油經(jīng)濟性較好。如一汽大眾生產(chǎn)tdi1近期上市。7升柴油車超過1。6升汽油轎車每百公里可節(jié)省2升油。大多數(shù)的普通卡車柴油發(fā)動機。柴油發(fā)動機是汽油發(fā)動機的缺點是速度低（一般在2500-3000轉(zhuǎn)的最高速度），質(zhì)量，制造和維修成本（由于高燃料噴油泵和噴油器加工精度要求高）。但目前的柴油發(fā)動機逐漸克服這些缺點，它的應(yīng)用范圍擴展到輕型卡車。國外柴油車發(fā)展迅速，最高速度可達5000轉(zhuǎn)。通常，柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機30%熱效率高，節(jié)約能源，降低燃料成本的角度來看，是很有意義的促進汽車柴油機的使用。柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機相比具有功率高的優(yōu)點，使用壽命長的特點，具有良好的動態(tài)性能，其溫室氣體排放量比汽油低45%，一氧化碳和碳氫化合物的排放量很低，對機動車NOx排放周期壽命略大于汽油發(fā)動機。柴油機的缺點是有害顆粒的排放。近年來，渦輪增壓柴油機，冷卻，直接噴射，催化轉(zhuǎn)化等先進技術(shù)的粒子捕獲裝置，汽車柴油發(fā)動機的排放已達到歐Ⅲ，歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲，柴油車是受歡迎的，有著嚴(yán)格的要求，在未來汽車的節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，特別是柴油車將是一個發(fā)展趨勢。目前，我國已經(jīng)發(fā)展，一汽大眾捷達寶來轎車，并已在國內(nèi)部分城市上市。汽車在一定的使用條件下，以最小的燃料消耗量完成單位運輸工作的能力稱為汽車的燃料經(jīng)濟性。汽車燃料經(jīng)濟性是汽車的主要使用性能之一。通常，燃料的消耗費用占到汽車運行費用的37%左右。影響汽車燃料經(jīng)濟性的主要因素有：從汽車本身講，首先要提高發(fā)動機的熱效率、進氣效率和降低摩擦損失。其次要減少車身重量，減少空氣阻力，減少車輪的滾動阻力。第三，提高傳動效率，合理匹配變速比。從使用方面講，不同等級的路面跑起來耗油不同。交通擁擠、堵塞嚴(yán)重的狀況與暢通行駛的耗油完全不同。風(fēng)、雨、氣候變化對汽車的耗油量都有影響。駕駛者的技術(shù)對耗油水平也有很重要的作用。影響汽車燃料油經(jīng)濟性的因素十分多，其中最主要的還是汽車發(fā)動機本身。2100柴油機具有多方面的優(yōu)勢，所以無論是在國內(nèi)還是國外，它的應(yīng)用也越來越廣泛，與世界上許多內(nèi)燃機車、船用它，尤其是農(nóng)用車，2100型柴油機的首選動力。隨著國民經(jīng)濟建設(shè)和生產(chǎn)發(fā)展，2100柴油機的應(yīng)用越來越廣泛，它對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。本論文完成的2100型柴油機選型的總體方案，曲軸飛輪組的設(shè)計。曲軸飛輪組的特殊部分的設(shè)計包括曲軸設(shè)計，飛輪和飛輪平衡設(shè)計與計算。2100柴油發(fā)動機介紹2100柴油發(fā)動機在中國70年左右的產(chǎn)品。柴油發(fā)動機是100系列柴油機，立式水冷四沖程柴油發(fā)動機。具有性能可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟指數(shù)低，使用壽命長，使用方便等特點。主要技術(shù)參數(shù)如下：缸徑：100mm；兩缸行程：120mm壓縮比：16額定功率：20kw；額定轉(zhuǎn)速：2000r/min；燃油消耗：250g/kw.h1）形狀的布局特點2100型柴油機具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。特殊形狀的布局主要是分開設(shè)置的進、出口閥兩側(cè)和燃料供應(yīng)系統(tǒng)和電啟動系統(tǒng)。為頂置氣門機構(gòu)的2100柴油發(fā)動機。與橫向型相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量多，在高速往復(fù)運動，振動和噪聲的增加，可靠性降低。但在柴油機的高壓縮比，側(cè)面安裝的閥裝置是很難實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，必須使用架空式。2）主要部件的結(jié)構(gòu)（1）活塞連桿組活塞由活塞，活塞環(huán)，活塞銷，連桿螺栓，軸承等。a.2100柴油機活塞在一個浴盆形坑頂，活塞頭設(shè)有活塞加工活塞環(huán)的環(huán)槽，和活塞裙部的長邊，橢圓形活塞。b.活塞環(huán)包括三個氣環(huán)和油環(huán)。里面有頂環(huán)的口袋，安裝通道身邊的時候必須朝上；第二，三氣環(huán)外倒角。合金鑄鐵制造的氣環(huán)，第一道氣環(huán)表面鍍高性能層，剩余的氣體環(huán)表面或一般硫化錫處理，磷化，在活塞環(huán)更容易使表面。c.圓柱空心2100型柴油機活塞銷，減少離心力的影響。一般優(yōu)質(zhì)低碳鋼或低合金淬火。d.連接材料采用40或45不銹鋼，高碳鋼鍛造或軋制，加工成型，并經(jīng)過淬火和回火。連桿是短圓柱形，大半徑圓弧光滑過渡之間的頭和身體，為了減少應(yīng)力集中的過渡。桿體采用工字形截面的形狀，在較輕的情況下獲得足夠的強度和剛度。采用斜切口連桿，拆裝方便退出氣缸頭。e.軸承2100柴油機鉆孔或銑環(huán)形油槽的主要承載輸送潤滑油的連桿軸承，連桿襯套或送油。(2).曲軸飛輪組曲軸飛輪組由曲軸，飛輪，齒輪，曲軸正時齒輪，帶輪。有潤滑油孔和曲軸連桿軸頸之間。飛輪齒圈倒角的一面的飛輪總成。飛輪的內(nèi)壁上鉆有小孔，使部分油外飛輪通過洞回到油底殼，確保摩擦驅(qū)動飛輪和離合器更好。粗短，空心軸頸直徑。曲柄銷日期型腔。主軸承，連桿軸承和推力板是用耐磨合金軋制。（3）.配氣正時傳動機構(gòu)配氣機構(gòu)包括在氣門和氣門驅(qū)動機構(gòu)的氣缸蓋組件，還包括齒輪軸，齒輪，空氣濾清器，進氣管和排氣消聲器。a.凸輪軸通過氣門挺桿，凸輪軸上的凸輪，氣門推桿和搖臂，進排氣閥，排氣閥，控制開啟和關(guān)閉的時間。b.正時齒輪凸輪軸和噴油泵由曲軸正時齒輪的前端通過中間惰輪驅(qū)動。機油泵由曲軸齒輪通過中間齒輪泵驅(qū)動。c.齒輪傳動系統(tǒng)齒輪曲柄帶動驅(qū)動輪，惰輪帶動齒輪軸齒輪和齒輪泵，控制時序和燃料供應(yīng)。高精度要求的齒輪，一般用45鋼制造。圖1-1曲軸飛輪組第二章整體參數(shù)設(shè)計2.1工況計算(柴油機的主要設(shè)計指標(biāo))1)動力性指標(biāo)動力指標(biāo)包括有效功率（P），速度（n），最大扭矩和最大扭矩轉(zhuǎn)速。1，有效功率P=×Z×N/*（t）（2-1）平均有效壓力（對）；活塞的平均速度（米/秒）；為位移（L）；Z是氣缸數(shù)；N；轉(zhuǎn)速（r/min）。因此，通過以上參數(shù)的有效功率。在確定了基本在設(shè)計速度和結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，有效功率的主要參數(shù)是平均有效壓力。2，速度（N）柴油機由于其混合氣的形成和燃燒速度慢，速度不太高。速度大于1000r/min高速，600~1000r/min轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)速低于600r/min。提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以使功率增加，從而使功率單元的體積減小，重量輕。但速度的增加會導(dǎo)致一系列的問題，如慣性力的增加，從而增加機械負荷，平衡，振動問題，噪聲增大；頻率的增加，導(dǎo)致熱負荷的活塞，氣缸蓋，氣缸，排氣閥和增加其他部分；摩擦損失的，提高機械效率，增加燃料消耗，磨損壽命較短；排氣系統(tǒng)阻力增大，容積效率降低。3，最大扭矩和最大扭矩轉(zhuǎn)速事實上，扭矩指標(biāo)給出了內(nèi)燃發(fā)動機的最大扭矩。對應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速最大扭矩最大扭矩轉(zhuǎn)速。2).經(jīng)濟性指標(biāo)柴油機的經(jīng)濟性指標(biāo)主要是指燃油消耗率指標(biāo)，即每千瓦小時的耗油量。柴油機是固定的作業(yè)是指額定功率下燃料消耗率。柴油機變工況，它一般是指最低燃料消耗率的特性曲線。例如，柴油發(fā)動機的最低燃油消耗率，它是指最低燃料消耗率的普遍特征。當(dāng)然，油耗低的特點，越來越廣泛，經(jīng)濟條件較好。（1）燃油消耗率【（g/（*h））】降低的措施主要有指示效率和機械效率。一般車用柴油機的燃油消耗率為250~380g/（*h）。柴油機的經(jīng)濟性是內(nèi)燃機設(shè)計師和使用者永遠追求的目標(biāo)。（2）機油消耗率gm【（g/（*h））】機油的價格遠高于燃料油，希望使用中的消耗量盡量減少，而且要求在兩個保養(yǎng)期之間不要添加機油，一般車用柴油機機油消耗率為1.3~2.6g/（*h）。2.2參數(shù)計算1.氣缸數(shù)和單缸功率有效功率（kW）為平均有效壓力（MPa）；為活塞平均速度（m/s）；為單缸工作容積（L）；Z為氣缸數(shù)；n為轉(zhuǎn)速（r/min）；D為氣缸直徑（mm）；為沖程數(shù)。其中氣缸數(shù)，缸徑，沖程設(shè)計該2100柴油機最高轉(zhuǎn)速為，所以設(shè)計該2100柴油機功率為所以該2100柴油機缸數(shù)為兩缸，單缸功率。2.活塞平均速度其中,所以滿足柴油機設(shè)計要求。3.平均有效壓力，其中，所以得。4.氣缸直徑氣缸直徑5.行程及缸徑行程的比值行程,缸徑行程比。6.氣缸中心距及其與缸徑的比值氣缸中心距，氣缸中心距缸徑比。7.壓縮比設(shè)計該2100柴油機的壓縮比第三章曲軸設(shè)計3.1概述曲軸是發(fā)動機的主要運動部件，其性能直接影響到發(fā)動機的可靠性和壽命。隨著指數(shù)的強化提高發(fā)動機，曲軸的工作條件更加苛刻。由于氣體壓力的周期性變化，往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動的慣性力和它們之間的相互作用引起的彎曲，在彎曲和扭轉(zhuǎn)工作過程的曲軸，還要承受一定的沖擊負荷，軸表面的磨損，其主要失效形式是曲軸軸頸表面磨損和疲勞斷裂的統(tǒng)計分析結(jié)果表明，破壞，約有80%是通過曲軸彎曲疲勞的產(chǎn)生。因此，在曲軸的設(shè)計，必須將曲軸的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，正確的選擇，材料和工藝，具有很高的疲勞強度，剛度和良好的動態(tài)特性。曲軸是氣體壓力，慣性力，在連續(xù)的周期往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量和轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)矩和彎矩）的扭轉(zhuǎn)和彎曲作用下，曲軸可導(dǎo)致疲勞，應(yīng)力狀態(tài)。理論和實踐表明，對各種曲軸，決定性的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，是次要的（不包括扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞）。統(tǒng)計分析表明，曲軸的破壞，約有80%是由彎曲疲勞引起的。因此，圍繞曲軸結(jié)構(gòu)強度彎曲疲勞強度。形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象非常嚴(yán)重，尤其是在該地區(qū)，以曲軸軸頸油孔和粗糙的應(yīng)力集中現(xiàn)象零件加工附近過渡尤為突出。曲軸軸頸在高壓力，具有足夠大的相對速度滑動摩擦軸承。在實際工況下，軸承的條件的變化并不總是保證液體潤滑，尤其是當(dāng)油不干凈，雜志是一個強烈的磨粒磨損表面，使得曲軸的實際壽命大大降低。曲軸曲柄連桿機構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度是非常重要的。如果曲軸彎曲剛度是不夠的，它將大大惡化，活塞，連桿，軸承的工作條件和其他的重要組成部分，其工作的可靠性和耐磨性，即使在曲軸箱的局部損傷。曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度可能在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈的扭轉(zhuǎn)振動。綜上所述，曲軸設(shè)計時應(yīng)符合以下要求：1曲軸的疲勞強度，以確?？煽康牟僮?。設(shè)計應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中，加強薄弱環(huán)節(jié)；2具有足夠的剛度，曲軸的變形不太大；3頸部有良好的耐磨性。根據(jù)該雜志的壓力，軸承材料的選擇，適當(dāng)?shù)妮S頸硬度和加工精度，以保證曲軸和軸承有足夠的生活；4處理安排合理，保證柴油機曲軸運轉(zhuǎn)均勻；良好的平衡，以減少振動和主軸承負荷；5選擇合適的材料，為了充分發(fā)揮材料的強度潛力。所有這些要求，在高速柴油機的條件下，要實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上輕下重。同時，隨著內(nèi)燃機的不斷發(fā)展，加強指標(biāo)，結(jié)構(gòu)也應(yīng)留有發(fā)展余地。不難看出，強度，剛度，耐磨性，光的要求是矛盾的。例如，為了提高曲軸的剛度和主軸和曲柄銷直徑的增加，軸承，可以減少軸承的壓力，但圓周速度承載高速度的增加，導(dǎo)致摩擦功率損失增加，軸承溫升，降低軸承工作的可靠性。此外，曲柄銷的增加，連接桿有較大比例的增加，承載負荷增加，離心。在這個時候，可能會導(dǎo)致采用斜切口連桿的必要性，連接桿和剛性差，制造成本高。曲軸連桿轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的曲柄銷帶來的質(zhì)量增加，可能使扭轉(zhuǎn)剛度得到了很好的后失去。這些都是在整體發(fā)展的內(nèi)在矛盾的曲軸，曲軸強度的矛盾，應(yīng)力集中在最大應(yīng)力和材料的抵抗力是它的主要矛盾。影響的主要矛盾的主要因素在三個方面：結(jié)構(gòu)，材料和加工技術(shù)，這三種因素單獨作用，又相互影響，我們應(yīng)該辯證地分析，在曲軸的設(shè)計，不僅要關(guān)注其結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計的一個方面。由于曲軸受力復(fù)雜，形狀特殊，在曲軸的設(shè)計，到目前為止無人能充分反映一般實際的理論公式。因此，曲軸的設(shè)計主要是依靠經(jīng)驗設(shè)計，這是基于很多現(xiàn)有的曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。為了初步確定曲軸，曲軸的基本尺寸設(shè)計，強度校核，在結(jié)構(gòu)細節(jié)測試樣本，最后確定的結(jié)構(gòu)，尺寸和加工技術(shù)等。3.2曲軸的設(shè)計步驟曲軸設(shè)計開始在柴油機總體設(shè)計階段。設(shè)計步驟如下：1根據(jù)柴油機的使用，增強的程度，大批量生產(chǎn)，與活塞缸間距等參數(shù)選擇行程，曲軸材料，合理的結(jié)構(gòu)形式，毛坯制造方法技術(shù)的必要性和加強。對2柴油機相似原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計人員的經(jīng)驗，初步選定曲柄銷軸頸與曲柄臂的尺寸。根據(jù)3沖程柴油機的氣缸數(shù)，數(shù)目和排列，點火順序，從保證良好的平衡，均勻的扭矩，主軸承負荷不太大確定曲柄排列原則。曲軸：曲軸尺寸計算選擇，平衡計算和曲軸曲軸疲勞強度計算的需要，來驗證設(shè)計滿足曲軸的設(shè)計要求。根據(jù)計算結(jié)果，決定是否修改設(shè)計。該方法需要反復(fù)，最終確定曲軸的尺寸，平衡塊的大小和排列方式，潤滑油道布置，完成曲軸端的設(shè)計，繪制曲軸零件圖。3.3曲軸的結(jié)構(gòu)選擇如圖3.1所示的結(jié)構(gòu)：它由主軸頸，連桿軸頸的曲軸，平衡塊，前軸和后軸端部分。一個連桿頸和兩端的曲柄臂和兩主軸頸在一起，稱為曲拐。形成整體式和組合式兩。與大多數(shù)汽車發(fā)動機整體曲軸的結(jié)構(gòu)分析。圖3.1主軸頸如圖3.2所示，用于支撐曲軸，曲軸在旋轉(zhuǎn)中心線。在主軸承支撐的主軸頸，主軸頸和連桿軸頸的結(jié)構(gòu)類似，在滑動主軸承的不同點，主軸頸和連桿軸頸的結(jié)構(gòu)類似，不同的是在油箱油面。主軸承蓋螺栓和曲軸箱軸承座固定在一起。為了使主軸頸的磨損比較均勻，在中央和交通大學(xué)進行了廣泛的兩端主軸頸的力量。有一個主軸頸連桿軸頸兩邊的人都有，稱為曲軸的全力支持。曲軸剛度的全面支持，軸負荷小，但它是比較長的。如果主軸頸軸小于連接數(shù)，它被稱為非全支撐曲軸。相反，支撐軸。圖3.2連桿軸頸用于安裝連桿，如圖3.3所示。在發(fā)動機連桿和氣缸是相等的項目數(shù)；V型發(fā)動機因為共同安裝在連桿軸頸的兩連桿，頸部半缸數(shù)軸連接。曲柄銷通常是中空的，其目的是減少曲柄轉(zhuǎn)動部件的質(zhì)量，為了減少離心力。中空部分作為油和油腔，如圖所示。油腔不鉆透螺塞的外端是封閉的，并用開口銷鎖。連接桿的中間部分插入管口位于油室中心。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動時，在重雜質(zhì)曲軸油管被扔到油腔壁，通過連桿軸表面清潔油管道流動，減少軸頸磨損。圖3.3曲軸臂用于連接主軸頸和連桿軸頸，如圖3.4所示。一些發(fā)動機曲柄臂和曲軸平衡塊，平衡不平衡離心力和力矩，和一些可以往復(fù)慣性力部分平衡。圖3.5是四缸發(fā)動機曲軸應(yīng)力。3.4連桿和2.3連桿f1.f4離心力離心力等于f2.f3，在相反的方向?？傮w上，似乎可以在內(nèi)部相互平衡，但由于作用在M3-4F1和F2F3F4和MF2和夫婦的形成，如果曲軸的剛度不足，然后彎曲變形，磨損主軸頸。為此，需要拓寬軸，增加剛度，減少磨損。但更有效的措施，是一個平衡塊曲軸臂的相反方向延伸。平衡塊曲軸制成一體，也可以單獨制造，然后用螺栓固定在曲柄臂，并將導(dǎo)致曲軸平衡塊質(zhì)量和材料消耗，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。因此，如果你想添加的曲軸平衡塊，根據(jù)具體情況。圖3.4圖3.5曲軸上離心力作用和加平衡塊示意曲軸的前軸端通常前端裝有正時齒帶輪扭轉(zhuǎn)減振器和起動爪，防止漏油沿曲軸，一般前齒輪甩油盤，正時齒輪蓋在自緊密封塊。當(dāng)油濺到油底殼與曲軸旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，被扔進定時蓋內(nèi)壁上的油密封，堵油，油流回到沿壁殼。曲軸的后軸端油回油螺紋和法蘭；飛輪盤。飛輪是用來連接飛輪盤輸出功率。油回油螺紋法蘭，以防止泄漏，如圖1.6所示，從主軸頸間隙流回油，主要的石油被扔進槽的后沿主軸承座孔的法蘭，與回油孔劉鍋。少量油流回油線地區(qū)，是回油回油螺紋法蘭和甩油低殼。石油是更可靠地防止端，有時還上發(fā)動機主軸承蓋上裝有油封，橡膠密封材料，含有石棉繩石墨。此外，對主軸承蓋的最后一行與缸體結(jié)合面嵌入軟木板或石棉繩填料密封功能。隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)部件，除了采用斜齒輪傳動引起的軸向力外，還要承受上下坡速度；軸向力；制動器和離合器的腳產(chǎn)生，從而使曲軸和移動。如果軸向位移過大，會損傷部分正常工作。圖3.6但也不能過小，應(yīng)給曲軸留有熱膨脹伸長的余地。為此；曲軸必須有一定的軸向間隙，此間隙一般在0.05~0.25mm。3.4曲軸材料選擇常用的曲軸材料有可鍛鑄鐵，合金鑄鐵，球墨鑄鐵，碳素鋼和合金鋼等，相應(yīng)的毛坯也分為鑄造與鍛造。鍛造曲軸一般采用中碳鋼或者合金鋼制造，毛坯生產(chǎn)需要大型鍛壓設(shè)備，雖然毛坯尺寸比較精確，減少了加工余量，提高了材料利用率，此外，鍛造能夠使材料的金屬纖維成方向性排列，纖維方向和曲軸形狀大致相符，這大大提高了曲軸的抗拉強度和彎曲疲勞強度。但是鍛造曲軸成本過高，大約是球鐵曲軸的3-7倍。綜上分析，我采用45號鋼模鍛。3.5曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計1、曲柄銷的直徑和長度在曲軸的厚度考慮，首先是確定曲柄銷直徑。現(xiàn)代發(fā)動機設(shè)計，在一個更大的使用價值的總趨勢，為了降低曲柄銷的壓力，提高連桿軸承工作的可靠性，提高曲軸的剛度。然而，隨著連桿曲柄銷直徑的增加，增加的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡離心力，曲軸和軸承的工作不利。因為與曲柄銷軸直徑的增加導(dǎo)致的振動頻率將增加，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動的頻率偏移造成的損害減少可能增加扭轉(zhuǎn)振動。此外，曲柄銷直徑會增加軸承的摩擦損失，造成軸承溫度升高，潤滑油的熱負荷。為此，曲柄銷直徑不應(yīng)大于。曲柄銷的長度是根據(jù)所選擇的考慮。根據(jù)表3-1，初步選取曲柄銷的直徑=（0.60~0.70）D=66~77mm,取=70mm;曲柄銷的長度=（0.35~0.45）D=38.5~49.6mm,取=42mm。2、主軸頸的直徑和長度：從主軸承負荷，較細的曲柄銷，因為最大負荷小于主軸承、連桿軸承。但為了最大限度地提高曲軸的剛度，大膽的主軸直徑有很大好處。因為第一，大膽大膽的主軸直徑不同，曲柄銷，有很多副作用，對大膽的主軸頸的重疊程度，可以提高曲軸軸頸，從而提高曲軸的剛度，但幾乎不增加曲軸的轉(zhuǎn)動慣量，從而提高扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率，減少危害；其次，可以相對縮短其長度。主軸頸，使增厚的曲柄臂可提高其強度，提供。根據(jù)表3-1，初步選取主軸頸直徑=（0.70~0.80）D=77~88mm取=80mm;主軸頸長度=（0.35~0.50）D=38.5~55mm取=40mm。3、曲柄臂：曲柄臂是曲軸的曲柄它最薄弱的部分，在平面內(nèi)的彎曲剛度和強度較差。實踐表明：通過交變彎曲應(yīng)力所造成的損害是曲軸的曲柄臂骨折的主要類型。曲柄臂應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮穸龋瑢挾龋骨S具有足夠的剛度和強度。曲軸的形狀要合理，改善應(yīng)力分布。現(xiàn)代高速曲柄形狀的橢圓形和圓形。實驗表明：橢圓形曲柄有最好的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。本實用新型的優(yōu)點是消除應(yīng)力小或無應(yīng)力的一部分，它的重量，應(yīng)力分布均勻。但處理方法比較復(fù)雜，采用模鍛的方法可以直接形成。根據(jù)表3-1,初步選取曲柄臂厚度h=（0.21~0.28）D=23.3~30.8mm取h=24mm；曲柄臂寬度b=（1.05~1.30）D=115.5~143.5mm取b=120mm。4、曲軸圓角：曲軸和曲柄臂連接角稱為軸頸圓角，曲柄銷和曲柄臂連接的曲柄銷圓角稱。曲柄銷圓角和軸頸圓角是曲軸應(yīng)力最大的部分，并沿倒角剖面的應(yīng)力分布是不均勻的，所以它是非常重要的設(shè)計輪廓倒角。R的曲軸圓角半徑應(yīng)足夠大，根據(jù)表3-1，R=0.03/0.05=2.1~~4.0mm，半徑太小會造成應(yīng)力集中。為了提高曲軸圓角半徑，縮短了軸頸圓角，有效工作長度，圓角的設(shè)計應(yīng)確保當(dāng)曲柄臂具有足夠的厚度。曲軸也可以由兩個不同半徑的圓弧和三。當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)亩伟霃娇梢蕴岣咔S的疲勞強度，增加有效長度的滑動軸承。本次設(shè)計遵循以上原則，選取圓角半徑r=4mm。SolidWorks下三維繪制曲軸：第四章飛輪設(shè)計與計算4.1飛輪的作用由于曲軸所發(fā)出的扭矩是個周期變化的量，當(dāng)它大于有效阻力矩時，曲軸就加速，反之就減速，造成曲軸轉(zhuǎn)速的波動，減小這種波動的措施有兩種：一是增加內(nèi)燃機的氣缸數(shù)，另一措施是在曲軸上加裝飛輪。在本次設(shè)計中，任務(wù)給定是兩缸，所以我們在曲軸上加裝了飛輪。對任何往復(fù)式內(nèi)燃機，其輸出扭矩即使在穩(wěn)定工況下也是不斷周期性變化的。通常用扭短工不均勻系數(shù)來判斷發(fā)動機合成扭矩的均勻程度。但發(fā)動機所帶動的聳動裝置的有效阻力矩一般是定值。因此，當(dāng)曲拐在某一位置時，發(fā)動機的輸出扭矩有可能大于或小于由其所帶動的阻力矩。當(dāng)發(fā)動機的輸出扭矩大于有效阻力矩時，曲軸就加速，反之則減速，造成曲軸轉(zhuǎn)速的波動。我們把曲軸轉(zhuǎn)速忽快忽慢的這種現(xiàn)象稱之為曲軸回轉(zhuǎn)不均勻性。發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動會產(chǎn)生一系列不良后果。如發(fā)動機驅(qū)動件與被它帶動運轉(zhuǎn)的從動件之間產(chǎn)生沖擊，影響工作可靠性，降低使用壽命，產(chǎn)生噪音；同時使測試儀器的工作不穩(wěn)定；曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻還會引起曲軸的振動。所以曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻生應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。要想提高發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，降低曲軸角速度波動的措施有：一、增加氣缸數(shù)，點火均勻，使由于氣缸間歇性工作帶來的沖擊減少。二、增加發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量，使角速度波動率減小。最有效的方法就是安裝飛輪。由于氣缸數(shù)已經(jīng)確定，只能通過安裝飛輪來提高發(fā)動機的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。當(dāng)輸出扭矩大于阻力矩時，飛輪就將多余的功吸收而使轉(zhuǎn)速略增；當(dāng)阻力矩大于輸出扭矩時，飛輪則將其儲存的能量放出，此時飛輪的動能減小，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速略減?？梢婏w輪是一種動能儲存器，它起著調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的作用。4.2飛輪的設(shè)計與計算在飛輪的設(shè)計中，我們先根據(jù)經(jīng)驗定出其外徑、內(nèi)徑和厚度b，然后在根據(jù)經(jīng)驗公式對其進行校核。尺寸的初步確定：飛輪外徑＝（2.5~3.5）S=300~420mm取=320mm；輪緣厚度h=()=32~16mm取h=25mm=-2h=270mm；取b=92mm飛輪的圓周速度：v=（4-1）==33.49m/s由于v35~50m/s因此選取的合格。表4-1不同缸數(shù)i四沖程發(fā)動機的扭矩不均勻系數(shù)和盈虧功系數(shù)（《內(nèi)燃機設(shè)計》袁兆成表6-1）i110~201.1~1.828~150.5~0.83~45~100.2~0.461.5~3.50.06~0.180.6~1.20.01~0.03120.2~0.40.005~0.01由任務(wù)給定的數(shù)據(jù)，選取各種相關(guān)系數(shù)：運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)=；飛輪轉(zhuǎn)動慣量占內(nèi)燃機總轉(zhuǎn)動慣量的分?jǐn)?shù)=0.85；盈虧功系數(shù)=0.6；飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：（4-2）==0.5172802404（kg）由初步確定的尺寸按5-2式可計算出飛輪的重量：（4-3）HT250的密度，取7.34=154.3510272（N）再由式5-3可計算出假設(shè)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：（4-4）=0.342663218（kg）由于，所以，此飛輪合格。繪制三維實體：

第五章主軸承設(shè)計5.1主軸承的工作條件曲軸軸承內(nèi)燃機氣體爆炸壓力和工作活塞慣性力的動態(tài)沖擊載荷下，計算功率，最高的平均壓力為20~30MPa，事實上從表面潤滑理論的分析，在潤滑油膜局部最大油膜壓力可以達到平均壓力的10倍。由于負載是交流，將在疲勞應(yīng)力狀態(tài)的合金層，合金層產(chǎn)生微小的裂縫，裂縫和裂縫的發(fā)展相匯時，合金層疲勞剝落。其次，高速內(nèi)燃機的相對滑動速度，軸承與軸頸之間可以達到10m/s，在如此高的速度運動，即使液體摩擦，會產(chǎn)生大量的摩擦熱，軸承的工作表面溫度150℃，如果有足夠的潤滑油通過摩擦表面，能使軸承降溫，也可以標(biāo)軸承完全液體摩擦狀態(tài)，即軸承與軸頸兩摩擦表面有一層油膜表面完全隔開，不直接接觸，但這種理想液體摩擦狀態(tài)在實際發(fā)動機工作過程不能完全等待保證。由于內(nèi)燃機，特別是運輸型內(nèi)燃機車和拖拉機型，頻繁地改變操作條件，頻繁起動和制動，容易出現(xiàn)所謂的邊界摩擦，而兩摩擦表面靠分子間引力，用一層幾個分子厚的薄膜潤滑油的吸附，金屬表面完全被油膜邊界層分離。一旦油膜破裂的邊界，金屬材料可以被連接的接觸，固體摩擦，引起強烈的磨損，甚至表面熔化，每個支架固定在一起，這是軸承損壞的根本原因，必須避免。隨著發(fā)動機工作時間的增加，泡沫噴射發(fā)動機潤滑油，在100度攝氏度的高溫下不斷氧化，形成有機酸，對軸承表面腐蝕。石油機械雜質(zhì)是逐漸積累，損壞軸承和軸頸表面。此外，曲軸和曲軸箱的制造誤差，在工作中也會產(chǎn)生局部變形，載荷的軸和軸承之間的集中，影響軸承的正常工作。根據(jù)具體的工作條件下，軸承在內(nèi)燃機中一般都采用由多層金屬或合金。因為一般的物質(zhì)有更高的力學(xué)性能，表面摩擦性能不好；另一方面，也對材料的機械強度良好的摩擦性能普遍較差，單金屬軸承無法滿足曲軸軸承負荷調(diào)整的要求。曲軸軸承一般由鋼瓦背和耐磨層，保證軸承的機械強度和減摩層薄，以確保良好的摩擦性能。具體來說，軸承。具體來說，軸瓦和工作條件：1高動態(tài)載荷的影響。易形成疲勞應(yīng)力狀態(tài)，使金屬層剝離。2相對滑動速度高。由于摩擦，軸頸表面溫度，達到150℃以上，導(dǎo)致油的粘度降低，承載能力下降。3油在高溫下氧化，形成有機酸，對金屬表面的腐蝕。4有時形成干摩擦，金屬表面熔化，粘附，撕裂。5由于制造誤差和機械變形，荷載引起的邊緣。5.2材料要求1.有很高的機構(gòu)攻耐熱性。2.有足夠的減摩性能，抗咬粘性、順應(yīng)性、嵌藏性。3.有較好的耐蝕性。4.瓦背與減摩層有足夠的結(jié)合強度，不因剪切力和熱應(yīng)力而分層。綜合分析，選用滑動軸承，材料：黃銅合金5.3軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計與主要尺寸的確定1.主軸瓦厚度t已知主軸頸直徑=80mm,由于薄壁軸瓦輕巧結(jié)構(gòu)，加工精度高，，適于大量生產(chǎn)的特點，本次設(shè)計采用旋壓軸瓦。初步選取主軸承厚度t：t/D=（0.02~0.05）D=2.2~5.5mm取t=2.5mm；主軸承內(nèi)徑d：d=80mm外徑：=d+2t=85mm2.軸承寬度B和油槽1）寬度B內(nèi)燃機曲軸各軸承的寬度一般取決于發(fā)動機曲軸軸肩的設(shè)計分布。內(nèi)燃機為了獲得相對緊湊的外形尺寸，總是盡量縮短氣缸中心距，以致主軸承的寬度與內(nèi)徑之比縮短到B/d＝0.35~0.4,初步選取B＝（0.35~0.4）d＝28~32mm。

第六章正時齒輪組設(shè)計5.1工作條件四沖程的發(fā)動機活塞運動時氣門的動作必須得受控。也就說氣門的動作的時刻和狀態(tài)必須是和活塞運動的狀態(tài)和時刻是一致的，而曲軸與凸輪軸并不是在一個軸線上，他們之間必須得有傳動系統(tǒng)來連接，（當(dāng)然，有一部分是下置凸輪軸的，這種形式的發(fā)動機目前比較少，但是同樣也要正時齒輪的。）這個傳動系統(tǒng)是由兩個齒輪和一條鏈條或者是皮帶來完成的，那么這兩個齒輪就叫做正時齒輪，這兩個齒輪上面有標(biāo)記，按標(biāo)記對好后裝上鏈條或者是皮帶之后就能保證氣門動作的時刻和動作是準(zhǔn)確的。四沖程發(fā)動機完成一個工作循環(huán)，曲軸要旋轉(zhuǎn)2圈，而凸輪軸只需要旋轉(zhuǎn)一周，便使進排氣氣門各有一個開閉動作，輔助發(fā)動機完成一個循環(huán)。所以把它們的傳動比設(shè)置為2比1。5.2材料要求齒輪材料的種類很多，在選擇時應(yīng)考慮的因素也很多，下述幾點可供參考：1．齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機械性能高的合金鋼；礦山機械中的齒輪傳動，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用機械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊?，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應(yīng)考慮的因素。2．應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯?？蛇x擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時，應(yīng)選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時，對材料沒有特別的要求。3．正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)和輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。綜上，選用45 號鋼調(diào)質(zhì)再高頻齒部的方案。5.3設(shè)計與主要尺寸的確定根據(jù)計算數(shù)據(jù)，三維建模：第七章結(jié)論本設(shè)計是一個綜合性的設(shè)計，與所有的課程我在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，我對內(nèi)燃機設(shè)計的新認識。通過這次設(shè)計，我確定發(fā)動機產(chǎn)品的設(shè)計過程，加深了我對專業(yè)知識的理解，鍛煉自己的識圖和繪圖能力，尤其是鍛煉自己使用計算機繪圖能力，培養(yǎng)同學(xué)之間的合作精神，這是一個有價值的工作對自己的財富之前。雖然這種設(shè)計只是按照以往的經(jīng)驗，在現(xiàn)有的框架下建立了自己的機器，但在這個過程中，我學(xué)會了曲軸和飛輪及其計算過程，總體的設(shè)計過程，我相信，在今后的工作中，他們會給我?guī)順O大的方便。內(nèi)燃機的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的過程，它今天已經(jīng)更完美。作為新一代的人，我們應(yīng)該給它新的元素。這就要求我們建立一個現(xiàn)代化的水平，以更好地滿足新型內(nèi)燃機的使用要求，前所未有。當(dāng)然，這只是我的個人觀點。由于許多知識，實踐經(jīng)驗等因素的限制，我們也不能提高更好的理論和?？傊O(shè)計使我們各方面的能力得到了提高。是我們以后的工作和學(xué)習(xí)的寶貴經(jīng)驗參考文獻二、參考文獻1、 吳兆漢，車輛發(fā)動機設(shè)計，北京：國防工業(yè)出版社，19822、 萬欣，林大淵，內(nèi)燃機設(shè)計，天津：天津大學(xué)出版社，19883、 楊連生，內(nèi)燃機設(shè)計，北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社，19804、史紹熙等，柴油機設(shè)計手冊，北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社，19825、陸際清，汽車發(fā)動機設(shè)計，北京：清華大學(xué)出版社，6、譚正三，內(nèi)燃機構(gòu)造，北京：機械工業(yè)出版社，1989年7、羅燈明，《汽車構(gòu)造.上冊，發(fā)動機構(gòu)造》，北京：北京大學(xué)出版社，2010南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文-PAGE34-PAGE12中文部分切削加工新概念現(xiàn)今的刀具公司再也不能只是制造和銷售刀具，為了成功，他們必須與全球化制造趨勢保持一致，通過提高效率、同客戶合作來降低成本。在這個近乎瞬間的全球競爭的后NAFTA、后WTO時代，全世界的公司正對相同感覺作出更快、更輕、更便宜的反應(yīng)。換句話說，他們制造的產(chǎn)品和零件包含能在高速下運轉(zhuǎn)，由于成本的壓力，最好、更輕而且要制造更便宜。取得這些目標(biāo)的一個最佳途徑是通過發(fā)展和應(yīng)用新材料，但這些新的和改進的材料通常都難以加工。這種商業(yè)上的動力和技術(shù)上的困難的組合在汽車和航空工業(yè)尤其突出，并已成為有見識的刀具公司研發(fā)部門的首要驅(qū)動力。例如，拿球墨鑄鐵來說，它已成為發(fā)動機零件和其它汽車、農(nóng)用設(shè)備和機床工業(yè)上的零件的日益見的材料。這種合金提供較低的生產(chǎn)成本和良好的機械性能的組合。他們比鋼材便宜，而比鑄鐵有更高的強度和韌性。但同時球墨鑄鐵非常耐磨，有快速磨壞刀具材料的傾向。這種耐磨性很大程度上受珠光體含量影響。某一已知球墨鑄鐵的珠光體含量越高，它的耐磨性越好，而且它的可加工性越差。另外，球墨鑄鐵的多孔性導(dǎo)致斷續(xù)切削，這更加降低壽命?？梢灶A(yù)計，高硬度和高耐磨的切削材質(zhì)需考慮球墨鑄鐵的高耐磨性。并且事實上材質(zhì)包含極硬的TiC（碳化鈦）或TiCN（碳氮化鈦）的厚涂層在切削速度每分鐘300米時加工球墨鑄鐵被證明通常是有效的。但是隨著切削速度的增加，切屑/刀具結(jié)合面的溫度也在增加。當(dāng)發(fā)生這樣的情況，TiC涂層傾向于和鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并軟化，更多的壓力作用在抗月牙洼磨損的涂層上。在這些條件下，希望有一種化學(xué)穩(wěn)定性更好的涂層，如Al2O3（雖然在較低的速度下不如TiC硬或耐磨）。

化學(xué)穩(wěn)定性比耐磨性更成為一個重要的表現(xiàn)性能分界的因素，速度和溫度取決于被加工球墨鑄鐵的晶粒結(jié)構(gòu)和性能。但是通常厚涂層的TiC或TiCN和僅有氧化物的較薄涂層是針對球墨鑄鐵應(yīng)用的，因為今天大部分這類被加工材料的切削速度在每分鐘150到335米之間。對于速度高于每分鐘300米的應(yīng)用，人們對這種材料是滿意的。

為了使這個范圍性能最優(yōu)，山高研發(fā)和推出了針對球墨鑄鐵加工的材質(zhì)TX150。這種材質(zhì)有一個硬且抗變形的基體，對于加工球墨鑄鐵很理想。它的涂層由一層較厚的很耐磨的碳氮化鈦和一層較薄的抗月牙洼磨損的氧化物涂層，頂面是一薄層TiN。這種涂層運用目前工藝水平的產(chǎn)生耐磨性和抗月牙洼磨損需要的CVD涂層的全部硬度而且韌性平滑性增加的中溫化學(xué)氣相沉積（MTCVD）工藝?；w/涂層的組合性能給予很高的抗塑性變形和刃口微崩能力，使之成為正常速度下加工球墨鑄鐵的理想材質(zhì)。

涂層陶瓷也表現(xiàn)出能有效加工球墨鑄鐵。在過去，未涂層的韌性較好的諸如氮化硅和碳化硅纖維強化的氧化鋁陶瓷應(yīng)用受工件材料化學(xué)親和性的限制。但是今天通過使用能抵抗切屑變形過程產(chǎn)生高熱量的涂層刀具壽命已經(jīng)顯著增加。而某些早期這個領(lǐng)域的工件加工使用氧化鋁涂層晶須強化陶瓷，今天的多數(shù)研究活動集中于TiN涂層氮化硅。這種涂層能顯著拓寬韌性較好的陶瓷的應(yīng)用范圍。切削加工時，工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相對運動來獲得的。按表面形成方法，切削加工可分為刀尖軌跡法、成形刀具法、展成法三類。刀尖軌跡法是依靠刀尖相對于工件表面的運動軌跡，來獲得工件所要求的表面幾何形狀，如車削外圓、刨削平面、磨削外圓、用靠模車削成形面等，刀尖的運動軌跡取決于機床所提供的切削工具與工件的相對運動；成形刀具法簡稱成形法，是用與工件的最終表面輪廓相匹配的成形刀具，或成形砂輪等加工出成形面，如成形車削、成形銑削和成形磨削等，由于成形刀具的制造比較困難，因此一般只用于加工短的成形面；展成法又稱滾切法，是加工時切削工具與工件作相對展成運動，刀具和工件的瞬心線相互作純滾動，兩者之間保持確定的速比關(guān)系，所獲得加工表面就是刀刃在這種運動中的包絡(luò)面，齒輪加工中的滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等均屬展成法加工。有些切削加工兼有刀尖軌跡法和成形刀具法的特點，如螺紋車削。切削加工質(zhì)量主要是指工件的加工精度和表面質(zhì)量(包括表面粗糙度、殘余應(yīng)力和表面硬化)。隨著技術(shù)的進步，切削加工的質(zhì)量不斷提高。18世紀(jì)后期，切削加工精度以毫米計；20世紀(jì)初，切削加工的精度最高已達0.01毫米；至50年代，切削加工精度已達微米級；70年代，切削加工精度又提高到0.1微米。影響切削加工質(zhì)量的主要因素有機床、刀具、夾具、工件毛坯、工藝方法和加工環(huán)境等方面。要提高切削加工質(zhì)量，必須對上述各方面采取適當(dāng)措施，如減小機床工作誤差、正確選用切削工具、提高毛坯質(zhì)量、合理安排工藝、改善環(huán)境條件等。提高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途徑。常用的高效切削加工方法有高速切削、強力切削、等離子弧加熱切削和振動切削等。磨削速度在45米／秒以上的切削稱為高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可提高效率，又可減小表面粗糙度。高速切削(或磨削)要求機床具有高轉(zhuǎn)速、高剛度、大功率和抗振性好的工藝系統(tǒng)；要求刀具有合理的幾何參數(shù)和方便的緊固方式，還需考慮安全可靠的斷屑方法。強力切削指大進給或大切深的切削加工，一般用于車削和磨削。強力車削的主要特點是車刀除主切削刃外，還有一個平行于工件已加工表面的副切削刃同時參與切削，故可把進給量比一般車削提高幾倍甚至十幾倍。與高速切削比較，強力切削的切削溫度較低，刀具壽命較長，切削效率較高；缺點是加工表面較粗糙。強力切削時，徑向切削力很大故不適于加工細長工件。振動切削是沿刀具進給方向，附加低頻或高頻振動的切削加工，可以提高切削效率。低頻振動切削具有很好的斷屑效果，可不用斷屑裝置，使刀刃強度增加，切削時的總功率消耗比帶有斷屑裝置的普通切削降低40％左右。高頻振動切削也稱超聲波振動切削，有助于減小刀具與工件之間的摩擦，降低切削溫度，減小刀具的粘著磨損，從而提高切削效率和加工表面質(zhì)量，刀具壽命約可提高40％。對木材、塑料、橡膠、玻璃、大理石、花崗石等非金屬材料的切削加工，雖與金屬材料的切削類似，但所用刀具、設(shè)備和切削用量等各有特點。木材制品的切削加工主要在各種木工機床上進行，其方法主要有：鋸切、刨切、車削、銑削、鉆削和砂光等。塑料的剛度比金屬差，易彎曲變形，尤其是熱塑性塑料導(dǎo)熱性差，易升溫軟化。故切削塑料時，宜用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，選用小的進給量和高的切削速度，并用壓縮空氣冷卻。若刀具鋒利，角度合適，可產(chǎn)生帶狀切屑，易于帶走熱量。玻璃(包括鍺、硅等半導(dǎo)體材料)的硬度高而脆性大。對玻璃的切削加工常用切割、鉆孔、研磨和拋光等方法。對厚度在三毫米以下的玻璃板，最簡單的切割方法是用金剛石或其他堅硬物質(zhì)，在玻璃表面手工刻劃，利用刻痕處的應(yīng)力集中，即可用手折斷。對大理石、花崗石和混凝土等堅硬材料的加工，主要用切割、車削、鉆孔、刨削、研磨和拋光等方法。切割時可用圓鋸片加磨料和水；外圓和端面可采用負前角的硬質(zhì)合金車刀，以10～30米／分的切削速度車削；鉆孔可用硬質(zhì)合金鉆頭；大的石料平面可用硬質(zhì)合金刨刀或滾切刨刀刨削；精密平滑的表面，可用三塊互為基準(zhǔn)對研的方法，或磨削和拋光的方法獲得。刀具在熱強合金中的應(yīng)用航空加工也變化迅速。例如，鎳基高溫合金如幾年前多數(shù)人未聽說過的Rene88現(xiàn)在占到航空發(fā)動機制造使用總金屬量的10~25%。對于這個有很好的表現(xiàn)和商業(yè)理由。例如，這些熱強合金能增加發(fā)動機壽命而且允許較小的發(fā)動機工作在大飛機上，那將提高燃燒效率并降低運營成本。這些韌性好的材料也把費用呈現(xiàn)在刀具上。它們的耐熱性導(dǎo)致刀尖上的溫度更高，從而降低了刀具壽命。相似地，這些合金里的碳化物顆粒顯著增加了摩擦，從而縮短刀具壽命。

作為這些條件改變的結(jié)果，曾經(jīng)能很滿意地加工很多鈦合金和鎳基合金的硬質(zhì)合金材質(zhì)C-2在應(yīng)用到當(dāng)今的合金時遭受切削刃的壓碎和切削深度線處嚴(yán)重的溝槽磨損。但是用最新的細顆粒硬質(zhì)合金能有效加工高溫合金，刀具壽命得到提高，更重要的是提高在高溫合金應(yīng)用時的可靠性。細顆粒硬質(zhì)合金有比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金材質(zhì)更高的壓縮強度和硬度，只是在韌性方面增加少量的成本。而結(jié)果是在高溫合金加工上比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金抵抗常見失效模式更有效。

PVD（物理氣相沉積）涂層也被證明有效加工高溫合金。TiN（氮化鈦）PVD涂層是最早使用的并仍然是最受歡迎的。最近，TiAlN（氮鋁化鈦）和TiCN（碳氮化鈦）涂層也能很好使用。過去TiAlN涂層應(yīng)用范圍和TiN相比限制更多。但是當(dāng)切削速度提高后它們是一個很好的選擇，在那些應(yīng)用提高生產(chǎn)率達40%。另一方面，在較低的切削速度下取決于涂層的表面工況TiAlN會導(dǎo)致積屑瘤、隨后的微崩和溝槽磨損。

近來，用于高溫合金應(yīng)用的材質(zhì)已經(jīng)發(fā)展了，這些涂層由幾層組合而成。大量的實驗室和現(xiàn)場測試已經(jīng)論證了這種組合和其它任何一種單一涂層相比在很寬范圍的應(yīng)用時很有效。因此針對高溫合金應(yīng)用的PVD復(fù)合涂層可能成為硬質(zhì)合金新材質(zhì)研發(fā)持續(xù)的焦點。和MTCVD涂層、涂層陶瓷集合在一起，它們有望成為更有效加工正在研發(fā)的新的更難加工工件材料的主要沖擊力量。干切削，包括冷卻液在內(nèi)的問題是刀具制造的科技和商業(yè)擴大產(chǎn)業(yè)化趨勢的另一個領(lǐng)域。北美和歐洲嚴(yán)格冷卻液管理的要求和最大的三家汽車制造商強制它們的核心供應(yīng)商取得ISO14000認證（ISO9000的環(huán)境管理版本），這使得冷卻液處理成本上升。對汽車公司和他們核心供應(yīng)商來說明顯受歡迎的反應(yīng)之一是在特定的加工應(yīng)用里完全免除冷卻液的使用。這種干加工的新世界給刀具供應(yīng)商提出了一系列挑戰(zhàn)。最近，已經(jīng)出現(xiàn)了一些有關(guān)這個專題揭示速度、進給、涂層化學(xué)成分和其它參數(shù)的很充實的綜合性很強的有用的技術(shù)文章。在這里我想集中論述在操作和商業(yè)含義上的汽車制造商的新“干加工觀點”。金屬加工從業(yè)人員能很好理解有關(guān)冷卻液使用的問題，但大多數(shù)不能理解有關(guān)除在刀具-工件接觸面間技術(shù)挑戰(zhàn)（例如排屑）之外的干加工問題。通常可以觀察到流出的冷卻液分散切屑，但壓力超過3000磅/英寸2的高速冷卻液也能幫助斷屑，特別是軟且連續(xù)的切屑會引起刀具-工件接觸面上的麻煩。

采用干切削工藝的零件的結(jié)果是機床比采用濕式加工零件的更熱。你是否允許它們測量前在露天自然冷卻？如果新加工的熱零件經(jīng)常放到周轉(zhuǎn)箱，升高周圍環(huán)境溫度，是否零件充分冷卻并正好足夠允許精度檢測？還有處置身邊幾十上百的零件會對操作工人增加額外負擔(dān)。

同許多刀具/工件的技術(shù)問題一起，這些潛在的問題需要陳述是否干加工能行。幸運地，有很多途徑闡述這些問題。例如，壓縮空氣被證明在很多應(yīng)用里排屑成為問題的場合有成功的反響。

另一個方案是叫做MQL（最小量潤滑）的技術(shù)，它由應(yīng)用代替?zhèn)鹘y(tǒng)冷卻液的相當(dāng)少量油霧構(gòu)成。這是一個公認的折中方案，這種最小量技術(shù)會大幅度減少冷卻液的頭疼事，而且在許多應(yīng)用里加工出的光潔度也很好。這個領(lǐng)域仍然有很多研究在做，而且刀具公司積極參與這樣的研究是絕對必要的。如果他們不做將落后于競爭對手，處于不利的地位。

根據(jù)世界上工廠內(nèi)具體情況設(shè)計出別的也許更好的方案。制造業(yè)從業(yè)人員可能仍然會問為什么他們要努力使用新發(fā)展的技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的已經(jīng)經(jīng)歷數(shù)代人改進提高的冷卻液方法，尤其因為實施干加工或半干加工產(chǎn)生的試驗和失敗可能引起更高的短期刀具成本。簡明的答案是當(dāng)?shù)镀蠹s占典型加工零件成本的3%時，冷卻液的成本（從購買到維護、儲存、處理）會占零件成本的15%。

干加工也許不是對每個應(yīng)用都適合，但象上面討論的其它加工問題一樣，需要從更寬的操作、環(huán)境和商業(yè)角度來評價。能幫助客戶這樣做的刀具公司將有競爭優(yōu)勢，而那些不能提供的將不斷處于被動地位。

刀具和納米技術(shù)

一個能劇烈改變刀具工業(yè)的迷人的新領(lǐng)域是微型制造，或處理微小粒子形成所需的產(chǎn)品。要談及的關(guān)于刀具微型制造的第一件事是它這里還沒有；第二件要說的事是它并不遙遠。為什么微型制造和刀具相關(guān)。因為最主要的是顆粒尺寸越小，硬質(zhì)合金材料韌性越好且更耐磨。用納米級顆粒（一些專家定義為小于0.2μm，而其他人堅持納米顆粒要小于0.1μm）制造的硬質(zhì)合金刀具原型已經(jīng)做好并測試,據(jù)稱耐磨性戲劇性地增加。問題是納米級的硬質(zhì)合金顆粒不能靠粉碎較大的材料形成，它們一定得通過更小的材料構(gòu)成，而處理分子級粒子還不是一件容易和經(jīng)濟的事情。英文部分ThenewconceptofcuttingprocessingThenowadayscuttingtoolcompanycannotonlybeagainthemanufactureandthesalescuttingtool,inordertosucceed,theymustbeconsistentwiththeglobalizationmanufacturetendencymaintenance,throughenhancestheefficiency,cooperateswiththecustomerreducesthecost.ApproachestheinstantaneousglobalcompetitionafterthisafterNAFTA,theWTOtime,theworldcompanyismakingquicklytothesamefeeling,islighter,acheaperresponse.Inotherwords,theymaketheproductandthecomponentscontaincaninhighspeedunderrevolve,asaresultofthecostpressure,best,islightermoreovermustmakecheaply.Obtainsthesegoalsabestwayisthroughdevelopsandappliesthenewmaterial,buttheseisnewandtheimprovementmaterialusuallyallwithdifficultyprocesses.Ininthiskindofcommercialpowerandthetechnicaldifficultycombinationisespeciallyprominentintheautomobileandtheaviationindustry,andhasbecomehastheexperiencethecuttingtoolcompanytoresearchanddevelopthedepartmentthemostimportantdrivinginfluence.Forexample,takesthemodularcastirontosaythat,ithasbecometheenginepartandotherautomobiles,theagriculturethematerialwhichseedaybydaywiththeequipmentandinthemachinetoolindustrycomponents.Thiskindofalloyprovidesthelowproductioncostandthegoodmachinecapabilitycombination.Theyarecheaperthanthesteelproducts,buthasahigherintensityandtoughnesscomparedtothecastiron.Butatthesametimethemodularcastironisextremelywear-resisting,hasfastbreaksbyrubbingthecuttingtoolmaterialthetendency.Inthiswearresistantverygreatdegreebeadluminousbodycontentinfluence.Someknownmodularcastironbeadluminousbodycontenthigher,itsresistancetowearbetter,moreoveritsmachinabilityisworse.Moreover,themodularcastironporositycausesoffandontocut,thisevenmorereducesthelife.Mayestimatethat,thehighdegreeofhardnessandthehighwear-resistingcuttingmaterialqualitymustconsiderthemodularcastironthehighresistancetowear.AndthematerialqualitycontainsextremelyhardTiCinfact(carbonizedtitanium)orTiCN(carbontitaniumnitrides)thickcoatingwhencuttingspeedeachminute300metersprocessesthemodularcastirontoproveusuallyiseffective.Butalongwithcuttingspeedincrease,scrap/Thecuttingtooljunctionplanetemperaturealsoisincreasing.Whenhassuchsituation,theTiCcoatingfavorsinhasthechemicalreactionwiththeironandsoftens,morepressuresfunctioninanti-crescentmoonhollowattritioncoating.Undertheseconditions,hopedhasonechemicalstabilitybettercoating,likeAl2O3(althoughunderlowspeedwasinferiortoTiChardoriswear-resisting).Thechemicalstabilitybecomesanimportantperformanceperformancedividinglinecomparedtotheresistancetowearthefactor,thespeedandthetemperatureisdecidedinisprocessedthemodularcastironthecrystalgrainstructureandtheperformance.ButusuallythickcoatingofTiCNandTiCoronlyductileironoxidesinthesoilcoatingisappliedto,becausethetodaymajorityofthiskindsareprocessedthematerialthecuttingspeedineachminute150to335metersbetween.Ishigherthaneachminute300meterapplicationsregardingthespeed,thepeopletothiskindofmaterialaresatisfied.Inordertocausethisscopeperformancetobemostsuperior,themountainhighresearchedanddevelopedandhaspromotedinviewofmodularcastironprocessingmaterialqualityTX150.Thiskindofmaterialqualityhashardalsotheanti-distortionsubstrate,isveryidealregardingtheprocessingmodularcastiron.Itscoatingtheoxidecompoundcoatingwhichhollowlywearsbythickverywear-resistingcarbontitaniumnitridesandathinanti-crescentmoon,thetopisthinlayerTiN.Thiskindofcoatingwhichneedsthecenterwarmchemistrygasphasedepositionusingthestateoftheartproductionresistancetowearandtheanti-crescentmoonhollowattritionwhichtheCVDcoatingcompletedegreeofhardnessmoreoverthetoughsmoothnessincreases(MTCVD)thecraft.Substrate/Thecoatingcombinationperformancegivestheveryhighanti-plasticdeformationandthecuttingedgemicrocollapsestheability,causesittobecomeunderthenormalspeedtoprocessthemodularcastirontheidealmaterialquality.Thecoatingceramicsalsodisplaycaneffectivelyprocessthemodularcastiron.Inthepast,thealuminumoxideceramicsapplicationwhichnotthecoatingtoughgoodsuchasnitridingsiliconandthesiliconcarbidetextilefiberstrengthenedtheworkpiecematerialchemistryparalysislimit.Todaybutcouldresistthescrapdistortionprocessthroughtheusetohavethehighthermalcoatingcuttingtoollifealreadyremarkablytoincrease.Butcertainearlythisdomainsworkpieceprocessingusealuminumoxidesspreadthelayercrystalstohavetostrengthentheceramics,todaymostresearchconcentrateintheTiNcoatingnitridingsilicon.Thiskindofcoatingcanremarkablyopenupthetoughgoodceramicstheapplicationscope.Whenmachining,theworkpiecehasprocessedthesurfaceisdepe